Электродуговая наплавка в ваккуме

сварка в ваккуме

Электродуговая наплавка занимает одно из ведущих мест в современной сварочной технике. Она применяется как для восстановления изношенных деталей машин, так и при изготовлении новых. Последнее обусловлено необходимостью придания рабочим поверхностям деталей и изделий определенных свойств: антифрикционных, износостойких и т.д. В связи с этим большое количество изделий в современном машиностроении изготавливается биметаллическими. Основа их состоит из не дефицитных и наиболее дешевых материалов (низкоуглеродистых или углеродистых сталей), плакирующий слой наплавляется металлами или сплавами, обладающими особыми физико-химическими и механическими свойствами. Масса металла наплавки в таких изделиях составляет всего несколько процентов от их массы, а работоспособность, как правило, значительно выше, чем у аналогичных изделий из однородных материалов.

В биметаллических конструкциях, изготовленных методом наплавки, получается сварное соединение разнородных материалов. Свойства наплавленного металла и всего изделия в целом в большей мере зависят от глубины проплавления основного материала, перехода элементов основного металла в металл наплавки, образования в зоне соединения и в металле наплавки новых фаз и структурных составляющих в исходном основном и присадочном материалах.В этой связи для изготовления высококачественных биметаллических деталей и изделий применяют такие способы наплавки, которые обеспечили бы минимальное проплавление или растворение основного металла. В настоящее время в производстве применяют целый ряд способов наплавки, отличающихся источником нагрева и видом защитной среды. Особое место среди них занимают способы вакуумной сварочной технологии. В этом случае вакуум представляет собой особую технологическую среду, которая способствует улучшению свойств наплавленного металла за счет его давлении и рафинирования.

В сварочной технике процесс получения сварного соединения дуговым разрядом в вакууме выполняется как плавящимся, так и неплавящимся электродами. При этом существует несколько модификаций способа сварки неплавящимся электродом — испаряющимся  или  полым катодом. Полый катод представляет собой тонкостенную  танталовую трубку, во внутреннюю полость которой подается плазмообразующий газ — аргон.Настоящая работа посвящена изучению оборудования и технологии наплавки деталей дуговым разрядом с полым катодом (ДРПК) в вакууме.Применение дугового разряда с полым катодом в вакууме в качестве источника энергии позволяет изменять в широком диапазоне тепловложение как в основной, так и наплавляемый материал. Таким образом, получение биметаллических соединений с применением ДРПК в вакууме возможно в режиме сварко-пайки, так как изменение химического состава наплавленного материала в этом случае минимально. Свойства наплавленного слоя при этом выше свойств присадочного материала, что объясняется вакуумной обработкой расплава и отсутствием подплавления основного металла.

В настоящее время процесс наплавки с использованием ДРПК в вакууме применяют, например, при изготовлении элементов запорной арматуры, работающей при высокой температуре в агрессивной газовой среде, а также при наплавке режущих кромок инструмента быстрорежущими сталями.

 

 Электродуговая наплавка в ваккуме полым катодом 

Оборудование для наплавки ДРПК в вакууме представляет собой комплекс устройств, выполняющих определенные функции (рис. I). Вакуумная камера I предназначена для размещения в ней исполнительных механизмов и устройств, необходимых для выполнения процесса наплавки. Корпус камеры представляет собой сварную конструкцию коробчатой формы, позволяет компактно разместить исполнительные элементы и имеет фланцы для подсоединения вакуумной системы откачки, горелки, механизм подачи присадочной проволоки, а также токоподводы, и грибковые вводы для вакуумных ламп. Вход вакуумной камеры выполнен из толстолистовой нержавеющей стали с четырьмя быстродействующими прижимами, смотровыми окнами для наблюдения за процессом наплавки и является передней стенкой камеры.

Система откачки стенда, предназначенная для создания и поддержания остаточного давления в камере в процессе наплавки, состоит из двух последовательно соединенных насосов 7 и 8 типа ВН-4Г и НВБМ-05, соответственно, а также трубопроводов и запорной арматуры — вакуумной задвижки 9 типа ДУ-360 и вакуумного шибера 10. Контроль за глубиной вакуума осуществляется с помощью вакуумметра 6 тип (ВИТ -1 А).

Механизм перемещения изделия 3 предназначен для фиксаций заготовки 4, подачи ее в зону дугового разряда, перемещения се в зоне наплавки    с заданной    скоростью, которую    обеспечивает  реверсивный электромеханизм 13, размещённый вне камеры. Передача движения тележки механизма осуществляется парой винт-гайка 16 через вакуумный ввод.

Механизм подачи присадочной проволоки 5 смонтирован в камере на электрически изолированном от корпуса камеры кронштейне. Вращение ведущего ролика осуществляется реверсивным электромеханизмом, расположенным вне камеры. Кассета с присадочной проволокой, механизм вращения ведущего ролика расположены внутри камеры.

Пульт управления 14 предназначен для размещения управляющих элементов, коммуникационных цепей и приборов, позволяющих выполнять технологический процесс наплавки и контроль за работой исполнительных элементов.

электродуговая наплавка

Рис.1.Схема оборудования для наплавки

В качестве источника питания используется сварочный выпрямитель ВДУ-504, настроенный на падающую характеристику с напряжением холостого ходя 80-90 В. Настройка режимов наплавки осуществляется с помощью балластных реостатов 12. Настроечное перемещение горелки ДРПК «вверх — вниз» осуществляется с помощью электромеханизма 15. В горелке предусмотрено коммуникационное устройство для подачи ионизационного газа — аргона.

 

 Описание работы электрической схемы установки

Принципиальная электрическая схема установки представлена на рис. 2. Включением рубильникаS1 обеспечивается подготовка питания всех систем установки. Затем осуществляется запуск вакуумной системы, для чего вначале запускается двигатель М1 форвакуумного насоса нажатием кнопки S3. При этом и получает питание обмотка реле К1, которая своими замыкающими контактами блокирует кнопку S3 и включает двигатель М1. В цепи двигателя имеется защита от аварийной ситуации в виде теплового реле КТ, которое в случае аварийной перегрузки отключает размыкающий контакт в цепи реле К1 и обесточивает систему питания двигателя. Дополнительная система защиты двигателя осуществляется предохранителями F4…F6, защита остальных систем установки осуществляется предохранителями F1…F13. Отключение двигателя М1осуществляется кнопкой S2. Затем включаются нагреватели R1 бустерных насосов с помощью рубильников S8, S9. По достижении заданного вакуума 10-1…10-2 Па установка готова к наплавке. Процесс возбуждения ДРПК осуществляется в две стадии. В начале возбуждается вспомогательная дута между накальным элементом Rн горелки и корпусом от вспомогательного источника Uвсн. Для этого с помощью кнопки S4 поводится питание на накальный элемент горелки и подаётся разность потенциалов Uвсп между стенкой полого катода и накальным элементом. Нагрев накального элемента обеспечивает мощную термоэлектронную эмиссию с его  поверхности.  Под действием напряжённости электрического поля, обусловленного разностью потенциалов Uвсп., электроны, двигаясь в направлении к стенкам полого катода (плюс), возбуждают вспомогательный разряд между накальным элементом и полым катодом. 

Под действием энергии, выделяемой во вспомогательном разряде, полый катод, разогреваясь, также имитирует термоэлектроны, которые обеспечивают возникновение рабочего дугового разряда между полым катодом, изделием и присадочной проволокой. Положительный полюс сварочной цепи подключен к наплавляемой заготовке 3 через регулировочный балластный реостат Rб1 и к
присадочной проволоке через балластный реостат Rб2. С помощью этих реостатов можно регулировать раздельно тепловложение в заготовку и в наплавляемый металл. После возбуждения основного ДРПК накальный элемент и вспомогательная дуга отключаются от питания отпусканием кнопки S4. Отключение и включение питания основного ДРПК осуществляется тумблером S10. Для включения питания контакты тумблера S10 замыкаются, получает питание обмотка силового контактора S2, который своими контактами замыкает силовую сварочную цепь. Питание двигателя М2 перемещения стола, на котором крепится заготовка, осуществляется от трансформатора Т1, выпрямителя VI. ..V4 и контактора S4. Реверсирование его выполняется переключателем S5, регулировка частоты вращения — резистором R1.Включение   и   реверсирование   двигателя   подачи   проволоки МЗ осуществляется трехпозиционным тумблером S6, Перемещение горелки «вниз

-вверх» осуществляется кнопками S12 и S13 соответственно.

электрическая схема

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема установки

 

Техника наплавки в ваккуме

Схема наплавки приведена на рис. 3. Техника наплавки аналогична технике сварки неплавящимся электродом с присадочной проволокой. Отличие заключается в том, что на присадочную проволоку I подается положительный потенциал от источника питания 2 вакуумной дуги 3. Таким образом, дута горит между полым катодом 4, закрепленным в горелке 5, изделием 6 и присадочной проволокой. Величина тока в цепи изделия Iизд. и в цепи проволоки Iпр. регулируется раздельно балластными реостатами R1 и R2 соответственно, а общий ток наплавки равен сумме Iн=Iизд.+Iпр. Присадочная проволока подается в зону горения дуги с заданной скоростью Vпр., где она, расплавляясь, стекает в расплавленную ванну.

Раздельное регулирование тока позволяет перераспределять тепловложение между присадочной проволокой и изделием, добиваясь при этом минимального подплавления основного металла, осуществляя наплавку в режиме сварке – пайке.

техника наплавки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Электродуговая наплавка ДРПК в вакууме: 1-присадочная проволока; 2 — сварочный источник питания; 3 — ДРПК; 4 -полый катод; 5 — сварочная горелка; 6 — обрабатываемое изделие; 7 — вакуумная камера.

Параметры режима наплавки: разрежение в камере, Па; расход плазмообразующего газа, л/мин.; сила тока наплавки, А;  напряжение на дуге, В; длина дугового промежутка, мм; диаметр полого катода, мм; диаметр присадочной проволоки, мм.

 

 

 

Be the first to comment on "Электродуговая наплавка в ваккуме"

Добавить комментарий

%d такие блоггеры, как: